Optoakustik
Licht, das man hören kann
Vasilis Ntziachristos (links) im Labor. Bild: Thomas Dashuber
Er bringt Tumoren zum Leuchten und wandelt Laserlicht erst in Schallwellen und dann in 3D-Bilder um: Der Ingenieur Vasilis Ntziachristos verhilft Medizinern zu besseren Einblicken in den Körper
Aufschneiden, reingucken und rausschneiden, was herausgeschnitten gehört: Platt gesagt und sehr vereinfacht dargestellt ist das der Alltag von Chirurgen in der Onkologie. Die Schwierigkeit: Selbst sehr geübten Augen fällt es manchmal schwer, gesundes von ungesundem Gewebe, welches zu einem Krebsgeschwür gehört, zu unterscheiden. Vasilis Ntziachristos weiß das. Von Haus aus Ingenieur findet er Lösungen für Medizinerkollegen - gemeinsam mit anderen Medizinern, Natur- und Ingenieurwissenschaftlern. Sein bislang größter Erfolg: Er spritzte Krebspatienten ein fluoreszierendes Mittel, das von den Tumoren aufgenommen wurde und erleichterte den Chirurgen somit die Arbeit. Denn mit einer Spezialkamera waren nun selbst kleinste Streuungen während einer Operation leuchtend sichtbar. Jetzt sind Ntziachristos und seine Kollegen einen Schritt weiter gegangen: Sie machen mittlerweile Geschwüre schon vor einer OP erkennbar. Dafür nutzen sie ein denkbar einfaches Instrument: Licht.
Denn wenn ein Lichtimpuls auf Gewebe trifft, gibt es an dieser Stelle eine minimale Erwärmung, durch die sich das Gewebe ausdehnt. Dies wiederum erzeugt eine winzige Schallwelle - und die kann mit speziellen Geräten gemessen werden. Entweder wird dazu ein Messgerät auf die Haut aufgesetzt, oder per Endoskopie in eine Körperöffnung eingeführt. Jede Gewebeart absorbiert das Licht unterschiedlich; Tumorwucherungen senden andere Schallwellen aus als gesundes Gewebe. Ntziachristos entwickelte nun ein Rechenverfahren, das die Schallwellen in 3D-Bilder umwandelt. So entstehen lediglich mit Hilfe von Laserlicht und Schall-Messgeräten komplexe Innenaufnahmen des menschlichen Körpers. Weil hier optische und akustische Phänomene genutzt werden, spricht man von Optoakustik. Bisher kann auf diese Art Gewebe in bis zu drei Zentimeter Tiefe untersucht werden. Für diese und andere Arbeiten hat Ntziachristos vor einiger Zeit den renommierten Leibniz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft erhalten.
Using the fluorescence method, a surgeon can view the operating area during surgery through a special camera. Cancer cells are made clearly visible. The final result is the image to the far right in the lower row; real-time imaging. Photo: Vasilis Ntziachristos
"Wir wollen nicht die Magnetresonanz- oder die Computertomographie ersetzen, die können viel tiefer in den Körper hineinschauen", sagt Vasilis Ntziachristos, derzeit Leiter des Instituts für Biologische und Medizinische Bildgebung am Helmholtz Zentrum München. "Aber wir wollen die optischen Methoden verbessern, so dass man weniger häufig ein teures und aufwändiges MRT-Gerät braucht." So hätten auch niedergelassene Ärzte bessere Möglichkeiten für Diagnosen. "Mit den bisherigen optischen Methoden lassen sich nur zweidimensionale Bilder erzeugen", sagt Ntziachristos. "Ein Chirurg wusste also zu Beginn einer OP oft nicht genau, was unter der Oberfläche kommen würde. Jetzt hat er mit einfachen Mitteln schon vor der OP ein 3D-Bild in Farbe und in einer guten Auflösung und kann in krankes Gewebe hineinschauen." Die von Ntziachristos und seinem Team entwickelten Geräte werden bereits in einigen Kliniken weltweit eingesetzt. "Das Prinzip ist genial", sagt auch Stefan Delorme vom Deutschen Krebsforschungszentrum in Heidelberg. "Es gibt keine ionisierende Strahlung wie etwa beim Röntgen, und die geringfügige Erwärmung des Gewebes wird durch den Blutstrom rasch abgeführt. Aber man kann natürlich nur so tief schauen, wie der Laser kommt."
Im nächsten Schritt möchte Vasilis Ntziachristos seine beiden großen Entwicklungen zusammenbringen: die Nutzung von Farbstoffen zur besseren Unterscheidung von Gewebearten und das Abbilden dieses Gewebes mit Hilfe optoakustischer Mittel. Das Zulassungsverfahren für die Farbstoffnutzung laufe in Deutschland noch, so Ntziachristos. "In den Niederlanden und den USA haben wir sie aber bereits bekommen."
Prof. Vasilis Ntziachristos. Bild: Helmholtz Zentrum München
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